一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统技术方案

本实用新型专利技术设计了一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统。装置由方向盘模块(21)、液压传动系统(18)、液压转向执行模块(15)、电子控制模块(13)、方向盘(1)、转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)、液压油缸(4)、油管(6)、流量控制阀(17)、电动三通阀(7)、执行油缸(8)、电磁控制装置(9)、补偿油箱(10)、开关式控制阀(14)、转向横拉杆(16)、电子控制单元(12)、转角传感器(22)、力矩传感器(5)、电控线束(11)组成。装置充分利用液压传动方向可变的优点，实现了前轮独立转向及精确控制。控制系统产生故障，通过液压通路的连接使方向盘动力直接对转向轮进行控制，具有容错功能。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于汽车转向
具体涉及一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统。具体可应用但不仅应用于SUV等大型商用车或重型汽车。
技术介绍
线控转向系统具有反应速度快、舒适性好、控制精确、占用车内空间少等优点。容错控制技术和路感模拟技术是目前线控转向系统的两大关键技术。针对容错控制，现有的线控转向系统一般采取硬件及软件的方法实现冗余功能，即通过对重要部件及易发生故障部件进行备份，以及通过软件控制进行容错。但是备用一套转向系统虽然能实现冗余功能，但其硬件布置复杂，成本较高，硬件利用率低。针对路感模拟，现有的线控转向系统多采取电机模拟路感，但方向盘回正力矩电机功率约50～80W，电源负荷较沉重。本技术公布了一种以液压为媒介的线控转向系统。在具有线控转向装置可变传动比、易于布置、舒适性好等优点同时，也具有液压系统能够缓和冲击，作用力稳定等优点。可实现电子控制单元独立地控制两轮转角的功能，减少转向时轮胎的侧滑。本系统正常工作时的路感反馈通过液压回路里的流量控制阀控制，相比传统的反馈电机耗能较少，降低电池的负荷。而本系统的冗余容错功能则通过液压系统直接将方向盘转矩传递给转向轮来实现。且两种功能的油路共用，通过电动三通阀互相切换。在保证系统功能及可靠性的同时，精简了结构，方便布置，提高了零件利用率。
技术实现思路
本技术的目的是通过如下措施以实现汽车前转向轮偏转角度的独立精确控制，及在转向系统故障发生时的冗余功能。为实现上述功能，在左、右转向轮处分别独立设置有液压转向执行模块(15)，其主要驱动部件为电磁控制装置(9)、活塞及执行油缸(8)。当线控转向系统正常工作时，驾驶员通过方向盘模块(21)输入转角信号，信号输入电子控制单元(12)之中分析、处理，并分别独立控制活塞的行程，带动转向横拉杆(16)的移动，完成转向轮偏角的精确控制。而当线控转向系统产生故障时，在电动三通阀(7)的控制作用下，通过油路的接通使方向盘(1)的动力通过液压传动系统(18)接入液压转向执行模块(15)中,直接对转向轮进行控制，以完成冗余功能的实现。该具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统，其组成包括方向盘模块(21)、液压传动系统(18)、液压转向执行模块(15)、电子控制模块(13)、方向盘(1)、转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)、液压油缸(4)、油管(6)、流量控制阀(17)、电动三通阀(7)、执行油缸(8)、电磁控制装置(9)、补偿油箱(10)、开关式控制阀(14)、转向横拉杆(16)、电子控制单元(12)、转角传感器(22)、力矩传感器(5)、电控线束(11)。方向盘模块(21)与力矩传感器(5)及转角传感器(22)连接，用以接受方向盘(1)输入的角信号及力矩大小。力矩传感器(5)及转角传感器(22)的信号通过电控线束(11)传递进入电子控制单元(12)并进行分析计算，进而传入液压转向执行模块(15)中，对其进行控制，完成对左、右两轮转角的精确控制。方向盘模块(21)与液压传动系统(18)通过活塞(20)与液压油缸(4)的配合进行连接，实现液压动力的输入。同时，液压传动系统(18)通过油管(6)与液压转向执行模块(15)连接。在一些实施方式中，其中方向盘模块(21)中，包括转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)；转向轴(2)与齿轮(19)通过焊接工艺连接，齿轮(19)与齿条(3)相啮合；左右两个活塞(20)通过螺纹进行连接，随着齿轮(19)的转动，齿条(3)横向位移，同时带动两个活塞(20)的左右运动。通过方向盘模块(21)，将回转运动转变为直线方向的移动，实现了整个过程中信号、动力的输入及反馈受力的输出。在一些实施方式中，其中液压传动系统(18)为一闭合回路；液压油路中通过油管(6)将液压油缸(4)，电动三通阀(7)、流量控制阀(17)进行串联；通过该装置完成了两种功能的实现：当独立控制线控转向系统正常工作时，方向盘(1)转动，使齿轮(19)带动齿条(3)推动活塞(20)移动。在液压传动系统(18)中的回路中建立油压，液压油在其中流动。这时，通过电子控制单元(12)对流量控制阀(17)的开度的控制，对油压阻力进行调节，提供反馈手力。当线控转向系统发生故障时，控制电动三通阀(7)，使液压传动系统(18)接入液压转向执行模块(15)中，由于方向盘(1)转动时回路中建立有油压，动力直接输入执行油缸(8)中，完成对转向轮的控制，保证系统继续安全工作。在一些实施方式中，其中液压转向执行模块(15)包括左、右两个执行油缸(8)。油缸中装配有活塞并将其分为两个部分，其中活塞头部所对应部分的执行油缸中充满液压油。电磁控制装置(9)与活塞头通过螺纹连接，两者横向移动的位移相同。电磁控制装置(9)的原理为：当通过电磁控制装置(9)的电流变化时，装置中电磁铁的吸力大小、方向发生变化，使装置的行程发生改变，实现可调的功能。电子控制单元(12)通过电控线束(11)与电磁控制装置(9)连接，运算得到的最佳偏转角及最佳行程通过其转换为电信号并输入电磁控制装置(9)中，实现对其的精确控制。左、右两执行油缸上接有补偿油箱(10)。在执行油缸(8)与补偿油箱(10)之间连接开关式控制阀(14)。随着活塞沿执行油缸(8)中的移动，补偿油箱(10)中的液压油进出油缸，以补偿油缸中液压油的体积变化；当冗余功能实现时，开关式控制阀(14)关闭，补偿油箱(10)的补偿作用消失，执行油缸(8)中的活塞被油压推动，使行程发生变化，实现容错控制。在一些实施方式中，其中液压转向执行模块(15)，活塞中的活塞杆通过球铰与转向横拉杆(16)连接；同时转向横拉杆(16)与转向节臂通过球铰进行连接；当活塞杆横向移动时，带动转向横拉杆(16)移动，同时推动转向节转动，以实现转向过程。当冗余功能实现时，为使转向的过程中更加平顺，设计时转向执行模块(15)的位置、转向横拉杆(16)的长度，转向节臂的长度应按阿克曼转向几何设计，使其在线控转向系统失效时保持较为理想的内外轮转角关系。在一些实施方式中，其中电子控制模块(13)，当独立控制线控转向系统正常工作时，电子控制单元(12)接受来自转角传感器(22)及力矩传感器(5)的信号；通过对转角传感器(22)信号的处理，及已有数据的分析计算，得到液压转向执行模块(15)的电磁控制装置(9)的行程，并对其进行控制，进而完成转向轮偏转角度独立精确控制；通过对力矩传感器(5)信号的处理，通过分析计算得到驾驶员手力反馈力矩的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统，其组成包括方向盘模块(21)、液压传动系统(18)、液压转向执行模块(15)、电子控制模块(13)、方向盘(1)、转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)、液压油缸(4)、油管(6)、流量控制阀(17)、电动三通阀(7)、执行油缸(8)、电磁控制装置(9)、补偿油箱(10)、开关式控制阀(14)、转向横拉杆(16)、电子控制单元(12)、转角传感器(22)、力矩传感器(5)、电控线束(11)；方向盘模块(21)与力矩传感器(5)及转角传感器(22)通过轴套连接，过盈装配；力矩传感器(5)及转角传感器(22)通过电控线束(11)与电子控制单元(12)连接，将信号传递进入其中并进行分析计算；通过电控线束(11)将电子控制单元(12)与液压转向执行模块(15)进行连接，完成对左、右两轮转角的精确控制；方向盘模块(21)与液压传动系统(18)通过活塞(20)与液压油缸(4)的配合进行连接，实现液压动力的输入；同时，液压传动系统(18)通过油管(6)与液压转向执行模块(15)连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统，其组成包括方向盘模块(21)、液压传动系统(18)、液压转向执行模块(15)、电子控制模块(13)、方向盘(1)、转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)、液压油缸(4)、油管(6)、流量控制阀(17)、电动三通阀(7)、执行油缸(8)、电磁控制装置(9)、补偿油箱(10)、开关式控制阀(14)、转向横拉杆(16)、电子控制单元(12)、转角传感器(22)、力矩传感器(5)、电控线束(11)；方向盘模块(21)与力矩传感器(5)及转角传感器(22)通过轴套连接，过盈装配；力矩传感器(5)及转角传感器(22)通过电控线束(11)与电子控制单元(12)连接，将信号传递进入其中并进行分析计算；通过电控线束(11)将电子控制单元(12)与液压转向执行模块(15)进行连接，完成对左、右两轮转角的精确控制；方向盘模块(21)与液压传动系统(18)通过活塞(20)与液压油缸(4)的配合进行连接，实现液压动力的输入；同时，液压传动系统(18)通过油管(6)与液压转向执行模块(15)连接。
2.按照权利要求1所述的一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统,其特征在于：所述方向盘模块(21)中，包括转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)；转向轴(2)与齿轮(19)通过焊接工艺连接，齿轮(19)与齿条(3)相啮合；左右两个活塞(20)通过螺纹进行连接，随着齿轮(19)的转动，齿条(3)横向位移，同时带动两个活塞(20)的左右运动。
3.按照权利要求1所述的一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统，其特征在于：所述液压传动系统(18)为一闭合回路；液压油路中通过油管(6)将液压油缸(4)，电动三通阀(7)、流量控制阀(17)进行串联；通过该装置完成了两种功能的实现：当独立控制线控转向系统正常工作时，通过电子控制单元(12)对流量控制阀(17)的开度进行控制，以调节油压阻力的大小，以起提供反馈手力的作用；当线控转向系统发生故障时，控制电动三通阀(7)，使液压传动系统(18)接入液压转向执行模块(15)中，通过方向盘(1)的动力输入直接完成对转向轮的控制，保证系统继续安全工作。
4.按照权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨硕，郑宏宇，林志斌，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22